SQL Server Alwayson概念总结

郑全

一、alwayson概念

“可用性组” 针对一组离散的用户数据库（称为“可用性数据库” ，它们共同实现故障转移）支持故障转移环境。 一个可用性组支持一组主数据库以及一至八组对应的辅助数据库(包括一个主副本和两个同步提交辅助副本)。 辅助数据库不是备份，应继续定期备份您的数据库及其事务日志。

每组可用性数据库都由一个“可用性副本” 承载。 有两种类型的可用性副本：一个“主副本” 和一到四个“辅助副本”。 它承载主数据库和一至八个“辅助副本” ，其中每个副本承载一组辅助数据库，并用作可用性组的潜在故障转移目标。 可用性组在可用性副本级别进行故障转移。 可用性副本仅在数据库级别提供冗余 － 针对一个可用性组中的该组数据库。 故障转移不是由诸如因数据文件丢失或事务日志损坏而使数据库成为可疑数据库等数据库问题导致的。

主副本使主数据库可用于客户端的读写连接。 此外，它在称为“数据同步” 的过程中使用，在数据库级别进行同步。 主副本将每个主数据库的事务日志记录发送到每个辅助数据库。 每个次要副本缓存事务日志记录（“硬化”日志），然后将它们应用到相应的辅助数据库。 主数据库与每个连接的辅助数据库独立进行数据同步。 因此，一个辅助数据库可以挂起或失败而不会影响其他辅助数据库，一个主数据库可以挂起或失败而不会影响其他主数据库。

或者，您可以配置一个或多个辅助副本以支持对辅助数据库进行只读访问，并且可以将任何辅助副本配置为允许对辅助数据库进行备份。

部署 Always On 可用性组 需要一个 Windows Server 故障转移群集 (WSFC) 群集。 给定可用性组的每个可用性副本必须位于相同 WSFC 群集的不同节点上。 唯一的例外是在迁移到另一个 WSFC 群集时，此时一个可用性组可能会暂时跨两个群集。

为您创建的每个可用性组创建一个 WSFC 资源组。 WSFC 群集将监视此资源组，以便评估主副本的运行状况。 针对 Always On 可用性组 的仲裁基于 WSFC 群集中的所有节点，而与某一给定群集节点是否承载任何可用性副本无关。 与数据库镜像相反，在 Always On 可用性组中没有见证服务器角色。

二、可用性模式

可用性模式是每个可用性副本的一个属性；可用性模式确定主副本是否需要等待辅助副本将事务日志写入到磁盘。

1.异步提交模式

异步提交模式是一种灾难恢复解决方案，适合于可用性副本的分布距离较远的情况。 如果每个辅助副本都在异步提交模式下运行，则主副本不会等待任何辅助副本强制写入日志， 而会在将日志记录写入本地日志文件后，立即将事务确认发送到客户端。 主副本使用与针对异步提交模式配置的辅助副本相关的最小事务滞后运行。

在“异步提交模式”下，辅助副本永远不会与主副本同步。 虽然给定的辅助数据库可能会赶上对应的主数据库，但任何辅助数据库在任何时点都可能会落后。 对于主副本和辅助副本相隔很远而且您不希望小错误影响主副本的灾难恢复方案的情况，或性能比同步数据保护更重要的情况，异步提交模式将会很有用。 而且，由于主副本不会等待来自辅助副本的确认，因而辅助副本上的问题从不会影响主副本。

异步提交辅助副本会尝试与接收自主副本的日志记录保持一致。 但异步提交辅助数据库往往会保持未同步状态，并且可能稍微滞后于相应的主数据库。通常，异步提交辅助数据库和相应的主数据库之间的这个时间差会很小。但是，如果承载辅助副本的服务器的工作负荷过高或网络速度很慢，则这个时间差会变得较大。

异步提交模式所支持的唯一故障转移形式为强制故障转移（可能造成数据丢失）。 强制故障转移是一种最后手段，仅可用于当前主要副本长时间保持不可用状态并且主数据库的即时可用性比可能丢失数据的风险更为重要的情况。故障转移目标必须是其角色处于 SECONDARY 或 RESOLVING 状态的副本。 故障转移目标将转换为主角色，并且其数据库副本将成为主数据库。 任何剩余的辅助数据库以及变得可用后的以前的主数据库都将被挂起，直到您手动单独恢复它们。 在异步提交模式下，原始主副本尚未发送到以前的辅助副本的任何事务日志都将丢失。 这意味着，某些或全部新的主数据库可能会缺少最近提交的事务

2.同步提交模式

同步提交模式相对于性能而言更强调高可用性，为此付出的代价是事务滞后时间增加。 在同步提交模式下，事务将一直等到辅助副本已将日志强制写入到磁盘中才会向客户端发送事务确认。

在同步提交可用性模式下，副本联接到某个可用性组后，辅助数据库就会与对应的主数据库求得一致并进入 SYNCHRONIZED（已同步）状态。 只要一直在进行数据同步，辅助数据库就会保持 SYNCHRONIZED 状态。 这可确保对主数据库提交的每个事务也应用到对应的辅助数据库。在同步辅助副本上的每个辅助数据库之后，辅助副本的同步运行状态总体上将为 HEALTHY。

注意：

1. 如果为当前主副本配置了异步提交可用性模式，那么对所有的辅助副本都采集异步方式提交事务，不管这些副本各自的可用性模式，所以要保证同步提交模式那么主副本和辅助副本都需要配置同步提交模式。

2.如果主副本与某一同步辅助会话超时，暂时将该辅助副本切换到异步提交模式。在该辅助副本重新与主副本连接后，它们将恢复同步提交模式。

三、故障转移模式

可用性副本的主角色和辅助角色在称为“故障转移” 的过程中通常是可互换的。 存在三种故障转移形式：自动故障转移（无数据丢失）、计划的手动故障转移（无数据丢失）和强制手动故障转移（可能丢失数据）。最后一种形式通常称为“强制故障转移”

1.自动故障转移所需条件

仅在以下条件下才发生自动故障转移：

• 存在自动故障转移集。 此自动故障转移集由主要副本和次要副本（自动故障转移目标）构成，主要副本和次要副本都配置为同步提交模式并且设置为自动故障转移。如果主要副本设置为手动故障转移，即使次要副本设置为自动故障转移，也无法发生自动故障转移
• 自动故障转移目标具有正常运行的同步状态（这指示故障转移目标上的每个辅助数据库都与其相应的主数据库同步）。
• Windows Server 故障转移群集 (WSFC) 群集具有仲裁。
• 主副本已变得不可用，并且由灵活的故障转移策略定义的故障转移条件级别已得到满足。
  

注意：

1.在数据库级别，诸如因数据文件丢失而使数据库成为可疑数据库、删除数据库或事务日志损坏之类的数据库问题不会导致可用性组进行故障转移

2. AlwaysOn 可用性组监视自动故障转移集中两个副本的运行状况。 如果任一副本失败，则该可用性组的运行状况状态将设置为“严重”。 如果辅助副本失败，则自动故障转移将不可行，因为自动故障转移目标不可用。 如果主副本失败，则可用性组将故障转移到辅助副本。 在之前的主副本进入联机状态之前，将不存在任何自动故障转移目标。 在任一情况下，为了在连续出现失败这种近乎不可能发生的情况下确保可用性，我们建议您将其他辅助副本配置为自动故障转移目标。

3.要设置故障转移模式为“自动”的前提是可用性模式是“同步提交”。

4.如果主要副本设置为手动故障转移，即使次要副本设置为自动故障转移，也无法发生自动故障转移。

5.只能设置一个自动故障转移辅助副本

四、可读辅助副本
1.辅助角色支持的连接访问类型

1.无连接
不允许任何用户连接。 辅助数据库不可用于读访问。 这是辅助角色中的默认行为。

2.仅读意向连接
辅助数据库仅适用于其 ApplicationIntent 连接属性设置为 ReadOnly 的连接（读意向连接）。

3.允许任何只读连接
辅助数据库全部可用于读访问连接。 此选项允许较低版本的客户端进行连接。

2.主角色支持的连接访问类型

1.允许所有连接
主数据库同时允许读写连接和只读连接。 这是主角色的默认行为。

2.仅允许读/写连接
当 ApplicationIntent 连接属性设置为 ReadWrite 或未设置时，允许此连接。 不允许其 ApplicationIntent 连接字符串关键字设置为 ReadOnly的连接。仅允许读写连接可帮助防止您的客户错误地将读意向工作负荷连接到主副本。

注意：所有的限制只针对配置了可用性数据库，非可用性数据库不受这些连接的限制，配置读写分离至少得保证有两个可读副本，如果只有一个可读副本当可读副本变成了主副本之后会导致只读意向无副本可连接。

五、alwayson同步原理

1.任何一个SQL Server里都有个叫Log Writer的线程，当任何一个SQL用户提交一个数据修改事务时，它会负责把记录本次修改的日志信息先记入一段内存中的日志缓冲区，然后再写入物理日志文件（日志固化）,所以对于任何一个数据库，日志文件里都会有所有数据变化的记录。

2.对于配置为AlwaysOn主副本的数据库，SQL Server会为它建立一个叫Log Scanner的工作线程,这个线程专门负责将日志记录从日志缓冲区或者日志文件里中读出，打包成日志块，发送给各个辅助副本。由于它的不间断工作，才使主副本上的数据变化，可以不断地向辅助副本上传播。

3.在辅助副本上，同样会有两个线程，完成相应的数据更新动作，它们是固化（Harden）和重做（Redo）。固化线程会将主副本Log Scanner所发过来的日志块写入辅助副本的磁盘上的日志文件里（这个过程被称为"固化"）。

而重做线程，则负责从磁盘上读取日志块，将日志记录翻译成数据修改操作，在辅助副本的数据库上完成。当重做线程完成其工作以后，辅助副本上的数据库就会跟主副本一致了。AlwaysOn就是通过这种机制，保持副本之间的同步。重做线程每隔固定的时间点，会跟主副本通信，告知它自己的工作进度。主副本就能够知道两边数据的差距有多远。

这些线程在工作上各自独立，以达到更高的效率。LogScanner负责传送日志块，而无须等待Log Writer完成日志固化；辅助副本完成日志固化以后就会发送消息到主副本，告知数据已经传递完毕，而无须等待重做完成。其设计目标，是尽可能地减少AlwaysOn所带来的额外操作对正常数据库操作的性能影响。

同步操作按下列方式维护：

• 从客户端收到事务后，主副本会将事务的日志写入事务日志，同时将该日志记录发送到辅助副本。
• 日志记录写入主数据库的事务日志后，事务将不能撤消，除非在此时故障转移到尚未收到该日志的辅助副本。主副本将等待来自同步提交辅助副本的确认。
• 辅助副本将强制写入日志（固化），并将确认消息返回给主副本。
• 收到来自辅助副本的确认后，主副本将完成提交处理并向客户端发送一条确认消息。
  

六、会话超时机制

由于软错误不能由服务器实例直接检测到，因此，软错误可能导致一个可用性副本无限期等待会话中另一个可用性副本的响应。为了防止发生这种情况， Always On 可用性组实施了会话超时机制，此机制基于以下条件：所连接的可用性副本会在每个打开的连接上按固定间隔发送 ping。在超时期限内收到 ping 指示连接仍是开放的且服务器实例正在通过此连接进行通信。收到 ping后副本将重置此连接上的超时计数器。主副本和辅助副本相互 ping 以指示它们仍处于活动状态，会话超时限制是用户可配置的副本属性，默认值为 10 秒。

如果在会话超时期限内没有收到来自另一个副本的ping，该连接将超时、连接将关闭；超时的副本进入 DISCONNECTED 状态。即使为同步提交模式的副本，事务也将不等待该副本重新连接暂时将该辅助副本切换到异步提交模式。在该辅助副本重新与主副本连接后，它们将恢复同步提交模式。

总结

理解掌握这些概念对部署维护AlwaysOn集群非常的有帮助，可以结合测试对概念更深入的理解。

注意： 域服务器宕机了也不影响使用SQLServer身份验证连接副本或者监听器，Windows身份验证会受影响。所以只要不故障切换AD宕机了也不影响AlwaysOn群集的连接。这个功能减少了AlwaysON对AD的依赖，同时也减少建双域控的成本。